How big is 中子星?

中子星是大質量恆星死亡後留下的坍縮核心。這種恆星以超新星爆炸的方式結束生命，這是某些大型恆星的終點。中子星把比太陽還多的質量，壓縮進一顆約24至26公里寬的球體中。這個寬度指的是它的直徑，也就是從球體中心直線貫穿測量的距離。

大小

科學家認為，中子星在一層稀薄的氫或氦大氣層之下，有一層由重原子構成的固態外殼，這讓它擁有一個可以測量大小的表面。精確的測量數據來自NICER，一台位於國際太空站上的X射線望遠鏡。

NICER研究的是脈衝星，也就是快速自轉的中子星。天文學家利用NICER的數據發現，脈衝星PSR J0030+0451的直徑約為26公里，質量約為太陽的1.4倍。PSR J0740+6620的質量約為太陽的2.1倍，一個團隊的分析得出其直徑約為25公里，另一個團隊則得出約27公里。2024年，第三顆脈衝星PSR J0437−4715的直徑被測得約為23公里。

這些結果的誤差都是幾公里。有一個團隊在2021年，把前兩顆脈衝星的結果與其他觀測數據結合後發現，一顆質量為太陽1.4倍的典型中子星，半徑約為12.45公里，誤差正負0.65公里，也就是直徑約24至26公里。

大小比較

NASA把中子星的寬度拿來和紐約市曼哈頓島的長度相比。
繞著一顆直徑24公里的中子星赤道跑一圈，距離約75公里，相當於約1.8場馬拉松的長度。
火衛一是火星兩顆衛星中較大的一顆，長度約27公里，比中子星的寬度略大一些。然而，一顆典型中子星的質量卻是火衛一的約260兆倍。
太陽的直徑約139萬公里，是24公里寬中子星的5.8萬倍。
如果把中子星縮小到籃球的大小，太陽在同樣的比例下會是一顆直徑約14公里的球體。

中子星如何形成

一顆質量比太陽重上許多倍的恆星，到了生命尾聲會耗盡核心的燃料。核心在自身重力下坍縮，恆星隨即以超新星爆炸的方式爆發。這類恆星中最重的會留下黑洞，較輕的則會留下中子星。

這場坍縮把核心中的質子和電子擠壓結合成中子，中子星的名字便是由此而來。如果坍縮中的核心質量介於太陽的大約1到3倍之間，中子就能夠阻止坍縮繼續進行。

內部構造

科學家認為中子星是分層構成的。在外殼之下，巨大的壓力把原子分解，形成一片幾乎全由中子組成的海洋。在更深處，中子被擠壓得比原子核中的粒子還要緊密，最多可達兩倍。中子星最中心的物質究竟是什麼形態，目前仍然未知。

平均而言，一顆典型中子星每立方公分的物質重達3億到4億公噸。同時測量中子星的大小與質量，能讓物理學家推算出這種密度下的物質會如何表現。PSR J0740+6620的質量幾乎比PSR J0030+0451多了50%，但兩者的大小幾乎相同。這項結果不利於某些認為核心物質更容易被壓縮的理論。

脈衝星與它們的發現

沃爾特·巴德（Walter Baade）與弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky）於1934年提出中子星存在的構想。喬瑟琳·貝爾·伯奈爾（Jocelyn Bell Burnell）於1967年發現了第一批脈衝星。多數已知的中子星都是以脈衝星的形式被觀測到。脈衝星自轉時，會發出橫掃天空的光束，就像燈塔的光一樣，因此看起來像是不斷閃爍。

脈衝星的自轉速度可以非常快。PSR J0740+6620每秒自轉346次。NICER測量脈衝星發出的每道X射線抵達的時間，精確度可達100奈秒，也就是一秒的一千萬分之一。亮度隨時間的變化，顯示出中子星讓光線彎曲的程度。科學家再結合這一點與中子星的質量，就能推算出它的大小。